引論：我們?yōu)槟砹?3篇量子通信論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

量子通信技術(shù)的研究方向除了包括量子隱形傳態(tài)還包括量子安全直接通信等，突破了現(xiàn)有信息技術(shù)，引起了學術(shù)界和社會的高度重視。與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，量子通信除具有超強抗干擾能力外且不需對傳統(tǒng)信道進行借助；與此同時量子通信的密碼被破譯的可能性幾乎沒有，具有較強的保密性；另外，量子通信幾乎不存在線路時延，傳輸速度很快。量子通信發(fā)展僅僅經(jīng)歷了20年左右，但其發(fā)展卻十分迅猛，目前已經(jīng)被很多國家和軍方給予高度關(guān)注。

量子通信在國防和軍事上具有廣闊的應(yīng)用前景，作為量子技術(shù)的最大特征，量子技術(shù)的安全性是傳統(tǒng)加密通信所無可企及的。量子通信技術(shù)的超強保密性，能夠有效保證己方軍事密件和軍事行動不被敵方破譯及偵析，在國防和軍事領(lǐng)域顯示出無與倫比的魅力。另一方面，在破解復雜的加密算法上，也許現(xiàn)有計算機可能需要好幾萬年的時間，在現(xiàn)實中是完全無法接受且?guī)缀鯖]有實用價值的。但量子計算機卻能在幾分鐘內(nèi)將加密算法破解，如果未來這種技術(shù)被投入實用，傳統(tǒng)的數(shù)學密碼體制將處于危險之中，而量子通信技術(shù)則能能夠抵御這種破解和威脅。

在民間通信領(lǐng)域量子通信技術(shù)的應(yīng)用前景也同樣廣闊。中國科技大學在2009年對界上首個5節(jié)點的全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)進行組建后，使得實時語音量子保密通信被首次實現(xiàn)，城市范圍的安全量子通信網(wǎng)絡(luò)在這種“城域量子通信網(wǎng)絡(luò)”基礎(chǔ)上成為了現(xiàn)實。

篇2

為了克服星地量子密鑰分發(fā)的上述困難，中科院協(xié)同創(chuàng)新團隊在中國科大上海研究院、中科院上海技物所和光電技術(shù)研究所進行了多年的合作技術(shù)攻關(guān)，自主研制了高速誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)光源和輕便的收發(fā)整機，自主發(fā)展了高精度的跟瞄、高精度同步和高衰減鏈路下的高信噪比及低誤碼率單光子探測等關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，協(xié)同創(chuàng)新團隊利用旋轉(zhuǎn)平臺來模擬低軌道衛(wèi)星的角速度和角加速度；利用熱氣球來模擬隨機振動和衛(wèi)星姿態(tài)；利用百公里地面自由空間信道來模擬星地之間高衰減鏈路信道，從而成功地驗證了星地之間安全量子信道的可行性。

據(jù)了解，該研究為我國通過發(fā)射量子科學實驗衛(wèi)星，實現(xiàn)基于星地量子通信的全球化量子網(wǎng)絡(luò)和在大尺度量子理論基礎(chǔ)檢驗，以及探索如何融合量子理論與愛因斯坦廣義相對論，奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。這是繼去年實驗實現(xiàn)拓撲量子糾錯和百公里自由空間量子態(tài)隱形傳輸與糾纏分發(fā)后，中科院量子科技先導專項取得的又一階段性重要突破，同時也是量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的最新重要成果。

中國科學家成功破譯H5N1分子機制

新華網(wǎng)消息，中國科學家在美國《科學》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報告說，他們“破譯”了H5N1禽流感病毒感染人的分子機制，這一發(fā)現(xiàn)對防止禽流感病毒擴散具有重要意義。

此前科學家已經(jīng)知道禽流感病毒可以感染人，并確認病毒表面一種名為血凝素（HA）蛋白的突變，讓禽流感病毒能夠通過空氣在雪貂之間傳播，但科學家一直不了解完成這一過程的分子機制。

中國科學院病原微生物與免疫學重點實驗室的研究人員借助蛋白質(zhì)大分子晶體學研究方法，微觀研究了HA蛋白與相關(guān)受體的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，一旦HA蛋白發(fā)生某種結(jié)構(gòu)變化，其受體結(jié)合特性就會從禽類變成人類。

篇3

筆者已從事本科生“通信與電子信息專業(yè)英語”課程教學多年。近五年來，筆者對該課程的教學內(nèi)容和教學方法進行了多次改革，在相關(guān)文獻中進行了詳細的介紹[1-2]。其核心是以培養(yǎng)學生的綜合能力為目標，改變以科技文獻閱讀、翻譯為主的教學模式到綜合性更強的教學模式。文獻3中最后一部分內(nèi)容即從文獻檢索、科技文獻撰寫和制作講稿和匯報角度介紹了相關(guān)教學內(nèi)容[3]。閆麗萍等在文獻4中詳細介紹了電子類專業(yè)英文摘要的寫作培養(yǎng)實踐過程[4]。

在2013-2014年度的課程教學中，筆者嘗試通過為每位學生布置不同的作業(yè)，包括翻譯文獻、檢索文獻、撰寫文獻綜述、為相關(guān)領(lǐng)域的視頻撰寫摘要等各類項目，訓練學生的綜合能力，并收到了較好的效果，避免同類作業(yè)抄襲的弊端。但筆者發(fā)現(xiàn)仍存在問題，主要集中在兩點：1）由于選課人數(shù)多，作業(yè)內(nèi)容和主題與往年的重復率較高。每年該課程的選課人數(shù)大致在80～110人之間，因此要做到每年更新所有題目有較大難度；2）學生的課堂參與度較低、互動性小。由于大多數(shù)作業(yè)無需在課堂上進行匯報，因此學生的參與度不高，師生之間、學生之間的互動很少。

針對上述存在的問題，筆者在2014-2015年度的“通信與電子信息專業(yè)英語”課程教學中改進了已有的作業(yè)模式，設(shè)計和實施了綜合型更強的作業(yè)，達到全面培養(yǎng)并考核學生能力的教學目標。下面，筆者將從該課程綜合型作業(yè)的設(shè)計與實施、教學效果等方面詳細介紹。

1.通信與電子信息專業(yè)英語綜合型作業(yè)的設(shè)計

1.1綜合型作業(yè)的內(nèi)容

“通信與電子信息專業(yè)英語”的教學目標包括培養(yǎng)學生下述能力：科技文獻檢索、文獻閱讀、文獻翻譯、初步的科技英語寫作和口頭報告等。課程往屆作業(yè)主題涉及面很廣，但不夠精，因此本年度，筆者選擇了少量的精選主題，并根據(jù)最新技術(shù)，更新了部分舊主題。

筆者圍繞教學目標，設(shè)計的綜合型作業(yè)內(nèi)容如下：

作業(yè)主題共36個，包括電子與電路、通信理論、信號處理、模式識別、人工智能、機器學習、圖像處理與計算機視覺、數(shù)據(jù)挖掘、傳感器技術(shù)、工程編程語言軟件等領(lǐng)域的最新技術(shù)熱點，包括深度學習及應(yīng)用、智能穿戴、大數(shù)據(jù)及應(yīng)用、無線充電、3D打印、無人機、量子計算機、車聯(lián)網(wǎng)等。需完成的任務(wù)包括：

1）文獻檢索：根據(jù)主題，搜集相關(guān)文獻資料（中英文均應(yīng)包括，以英文為主，數(shù)量不少于10），需給出詳細的檢索式、關(guān)鍵詞、使用的數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫等重要信息，并將整個檢索過程記入說明文檔，并保存所有文獻資料的原文文檔。

2）文獻閱讀：閱讀收集的文獻資料。

3）文獻綜述：根據(jù)對文獻的理解，撰寫關(guān)于給定主題的綜述報告。

4）制作講稿：以文獻綜述為基礎(chǔ)，制作主題相關(guān)的講稿。

此外，按照本科生畢業(yè)設(shè)計論文的格式規(guī)范，筆者給出詳細的作業(yè)文檔格式要求，同時要求檢索到的科技文獻需下載并全部提交。

1.2 完成作業(yè)的形式

本次教學實踐中，筆者變以個人為單位完成作業(yè)形式為小組形式，即將選課學生按照隨機組合的方法分為2人一組（共72人，兩個自然班，本次共36組），共同完成上述綜合型作業(yè)任務(wù)，并增加學生匯報的人次，讓盡可能多的學生參與到課堂教學過程中。

由于是兩人一組共同完成一項綜合型作業(yè)，為體現(xiàn)各自的工作量，在匯報環(huán)節(jié)中要求一人負責匯報文獻檢索的過程，給出詳細的檢索式以及檢索的結(jié)果，另一人負責進行主題匯報。

2.通信與電子信息專業(yè)英語綜合作業(yè)的實施過程與教學效果

2.1 綜合作業(yè)的實施過程

筆者在該課程教學初布置好綜合型作業(yè)任務(wù)，并選擇部分小組進行課堂匯報，收到了較好效果。其中部分小組結(jié)合視頻、圖像、動畫、實際應(yīng)用等手段介紹相關(guān)主題。例如，選擇“量子計算機”的小組，結(jié)合“優(yōu)酷”上的一段視頻詳細介紹量子計算機的基本原理、存在的問題等，達到了為其他同學科普相關(guān)知識的目標，在整個主題介紹過程中，將量子計算機領(lǐng)域涉及的重要詞匯一一介紹；報告“深度學習及應(yīng)用”的小組以視覺信息處理為切入口，介紹了相關(guān)理論和研究進展；“選擇超大規(guī)模集成電路”的小組結(jié)合自身參與上海市大學生科技創(chuàng)新活動中接觸到的各類集成電路介紹主題內(nèi)容；而選擇“智能手機中的傳感器”主題的小組，結(jié)合自己使用的智能手機介紹其中的各類傳感器及其基本原理、發(fā)展現(xiàn)狀等。多數(shù)報告小組的匯報過程生動、有趣，參與課堂教學的積極性較高，師生、學生之間的互動性加強了。通過本次綜合作業(yè)的訓練，學生的綜合能力得以提升。

但該過程中，筆者也發(fā)現(xiàn)存在的問題，主要集中在：

1）文獻檢索過程嚴重依賴于網(wǎng)絡(luò)，特別是百度，對專業(yè)電子數(shù)據(jù)庫的使用仍不熟練；這是筆者教學多年中一直存在的問題。在2014-2015學年的教學實踐中，仍有接近半數(shù)的報告小組在文獻檢索過程中首選百度檢索相關(guān)資料，而不是把專業(yè)數(shù)據(jù)庫作為首選。當然，對某些特定主題而言，各位搜索引擎相比專業(yè)電子數(shù)據(jù)庫更有效，這一點，筆者在教學過程中也做了詳細的介紹和說明，指導學生分層次的解決文獻檢索中的問題。

2）英文文獻閱讀能力有待加強；在小組報告中筆者發(fā)現(xiàn)，由于專業(yè)文獻專業(yè)性強且較長，學生普遍怕看英文文獻，在滿足綜合作業(yè)的基本要求基礎(chǔ)上，多以閱讀中文文獻閱讀為主，沒有達到課程綜合訓練的目標之一，即英文專業(yè)文獻的閱讀訓練。這一點與學生的閱讀習慣、英文水平有較大關(guān)系，需要在今后教學中加強引導。

3）小組成員的合作精神有待提高。由于本次教學實踐第一次嘗試將學生隨機組合為小組來協(xié)作完成綜合作業(yè)，因此面對綜合作業(yè)復雜的任務(wù)時，如何分配任務(wù)、如何合作是學生面臨的首要問題。考慮到今后就業(yè)后學生需具備合作精神，因此，筆者設(shè)計了隨機組合的形式。總體上，各小組的表現(xiàn)良好，但也出現(xiàn)了部分團隊合作完成作業(yè)過程中相互推脫責任，作業(yè)完成效果不佳。結(jié)合本次教學效果和學生的建議，今后筆者仍將繼續(xù)對此進行改進。

4）綜合作業(yè)的文檔格式不規(guī)范。本次教學實踐中，筆者給出了詳細的文檔提交格式要求，這是按照本科生畢業(yè)論文的格式規(guī)范制定的，以此訓練學生文檔撰寫的規(guī)范性，為今后畢業(yè)設(shè)計論文及大學生科技創(chuàng)新項目報告的撰寫等做準備。由于之前對文檔格式不作要求，學生對格式一向不重視，造成畢業(yè)論文或創(chuàng)新項目中格式問題頻出，需要不斷的糾正。因此筆者在布置綜合作業(yè)時給出了詳細的格式要求，以加強訓練，培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好習慣，為今后的論文、項目報告或各類競賽論文的撰寫打下基礎(chǔ)。

2.2 綜合作業(yè)教學效果及評價

為今后改進綜合作業(yè)的質(zhì)量和教學效果，筆者在課程結(jié)束時，設(shè)計了綜合作業(yè)問卷，讓學生對本次綜合作業(yè)的教學效果進行評價，統(tǒng)計情況見表1（參與本次教學的72名本科生參與了問卷）。

表1：綜合作業(yè)教學效果評價統(tǒng)計表

從上述表格中可見，學生對本次綜合作業(yè)的整體評價較好，普遍認為收獲較大。因此，今后筆者仍將繼續(xù)探索相關(guān)教學模式。同時，我們也注意到，學生平時閱讀專業(yè)文獻的比例很低，今后需給予積極的引導。此外，筆者還對學生會選擇哪些環(huán)節(jié)作為綜合作業(yè)的內(nèi)容進行了問卷調(diào)查，排序由高到低依次為：制作講稿并進行匯報、文獻檢索、文獻綜述、文獻翻譯，由此可見，學生參與教學過程的積極性很高。綜合型作業(yè)的實施對教學效果的提升是顯著的。

3.今后的工作

隨著通信與電子信息技術(shù)的發(fā)展，需對專業(yè)英語課程綜合型作業(yè)的內(nèi)容進行不斷的更新。同時，綜合型作業(yè)的實施形式仍待進一步探索。

參考文獻：

[1]任蕾. 利用多元化教學資源豐富專業(yè)英語教學內(nèi)容[J].南京：電氣電子教學學報，2014年第36卷第3期，64-66

[2]任蕾，古海云，周薇娜.通信與電子信息專業(yè)英語教學探討[J] .南京：電氣電子教學學報，2009年第31卷第4期，110-111

[3]李霞，王娟主編.電子與通信專業(yè)英語（第3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014年7月

[4]閆麗萍，余艷梅，劉長軍，黃卡瑪. 電子類專業(yè)英文摘要寫作能力的培養(yǎng)[J].南京：電氣電子教學學報，2014年第36卷第2期，48-50

作者簡介：

篇4

如今，愛因斯坦逝世已逾六十載，可謎團仍未完全破解。因此，可以毫不夸張地說，量子理論就是這么一個“幽靈”。

在量子理論對世界的描述中，一個物體可以同時處于多個位置，粒子也可以無阻礙似地穿過障礙物，所有的物體都有“波粒二象性”，它既是粒子又是波，兩個分得很開的物體也可以進行某種類似“精神性”的合作……

這些描述聽上去令人毛骨悚然，不可捉摸。難怪量子理論創(chuàng)立者之一的玻爾說過：“如果一個人沒有被量子力學所震驚，那么他就沒有真正懂得量子力學。”

什么是“量子”

“量子”不是一種粒子，它是一個能量的最小單位。所有的微觀粒子（包括分子、原子、電子、光子）都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。

眾所周知，世界是由微觀粒子組成的。因此從某種意義上來說，世界本身就是由量子組成的。在物理學中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向：物質(zhì)或者說粒子的能量和其他一些性質(zhì)（統(tǒng)稱為可觀測物理量）都傾向于不連續(xù)的變化。

以光為例，我們說一個“光量子”，是因為一個光量子的能量是光能量變化的最小單位，光的能量是以光量子的能量為單位一份一份地變化的。其他的粒子情況也是類似的，例如，在沒有被電離的原子中，繞核運動的電子的能量是“量子化”的，也就是說電子的能量只能取特定的離散的值。只有這樣，原子才能穩(wěn)定存在，我們才能解釋原子輻射的光譜。不僅能量，對于原子中的電子，角動量也不再是連續(xù)變化的。

量子物理學告訴我們，電子繞原子核運動時也只能處在一些特定的運動模式上。在這些模式上，電子的角動量分別具有特定的數(shù)值，介于這些模式之間的運動方式是極不穩(wěn)定的。即使電子暫時以其他的方式繞核運動，很快就必須回到特定運動模式上來。

實際上在量子物理學中，所有的物理量的值都可能必須不連續(xù)地、離散地變化。在上世紀初，物理學家馬克斯?普朗克最早猜測到微觀粒子的能量可能是不連續(xù)的。

出生于德國傳統(tǒng)保守家庭的普朗克從小受到良好的教育，雖然具有音樂天賦，十分迷戀音樂，但仍舊立志獻身于科學，研究物理。當他去慕尼黑大學時，一位物理學教授曾勸說他不要學習物理，因為“這門科學中的一切都已經(jīng)被研究過了，只有一些不重要的空白需要填補”。教授的一席話正代表了當時大多數(shù)物理學家的心態(tài)。

然而執(zhí)著的普朗克卻表示：“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸，只希望能理解已經(jīng)存在的美麗的物理理論，或許能將其加深和發(fā)展那么一點點。”命運總是喜歡開玩笑。本來并未期望在物理研究中“發(fā)現(xiàn)新大陸”的普朗克，卻在不經(jīng)意間成為了量子力學的創(chuàng)始人。

當時，解釋熱力學中的輻射問題，主要有瑞利-金斯定律和維恩位移定律，前者適用于低頻輻射，卻無法解釋高頻率下的測量結(jié)果；而維恩位移定律可以正確反映高頻率下的結(jié)果，但無法符合低頻率下的結(jié)果。

如何才能導出一個新的公式，使得高頻、低頻下都能符合實驗結(jié)果呢？普朗克使用了一種巧妙新穎的方法：運用玻爾茲曼的統(tǒng)計物理，把光當成一個一個的諧振子。在他的假設(shè)中，既然輻射的是一個一個的諧振子，也就是說在黑體輻射時，能量就不是連續(xù)地，而是一份一份地發(fā)射出來的。

據(jù)此，普朗克導出了一個新公式，這個公式在頻率較小時自動回到瑞利-金斯公式，在頻率較大時又自動回到維恩公式。因此，新公式能在所有的頻率范圍與實驗結(jié)果符合。

1900年12月14日，在柏林亥姆霍茲研究所的德國物理學會上，普朗克宣讀了關(guān)于這一結(jié)果的論文。而這一天也被物理學家們定為量子力學的誕生之日。

然而，這一發(fā)現(xiàn)并不是普朗克的初衷。作為一名傳統(tǒng)而保守的物理學家，他只是按照科學方法辦事，并未想要掀起一場革命，連他自己都不知道，自己已經(jīng)把量子這個“妖精”引進了物理學。

普朗克有些后悔，認為自己制造的這個量子“妖精”破壞了物理學的完美。他曾歷經(jīng)15年的時間，試圖尋求一種經(jīng)典物理方法來導出同樣的公式，解決黑體輻射問題，以便挽回“局面”。

然而，他沒有成功。直到1905年，26歲的愛因斯坦利用光量子的假說圓滿解釋了光電效應(yīng)；1913年，28歲的玻爾提出了量子化的原子結(jié)構(gòu)理論；1923年，31歲的德布羅意提出了德布羅意波；1925年，24歲的海森堡創(chuàng)立了矩陣力學；1926年，37歲的薛定諤建立了薛定諤方程……量子力學才逐漸羽翼豐滿，真正使人們看到了量子概念所閃現(xiàn)的耀眼光芒。

說一說“量子疊加”

量子有一個非常奇怪的特性――量子疊加。

什么是量子疊加？經(jīng)典事件里可以用某個物體的兩個狀態(tài)代表0或1，比如一只貓，或者是死，或者是活，但不能同時處于死和活的狀態(tài)中間。

但在量子世界，不僅有0和1的狀態(tài)，某些時候像原子、分子、光子可以同時處于0和1狀態(tài)相干的疊加。比如光子的偏振狀態(tài)，在真空中傳遞的時候，可以沿水平方向振動，可以沿豎直方向振動，也可以處于45°斜振動，這個現(xiàn)象正是水平和豎直偏振兩個狀態(tài)的相干疊加。

這種所謂的量子相干疊加是量子世界與經(jīng)典世界的根本區(qū)別。

著名的“薛定諤貓”形象地描述了這個佯謬。在經(jīng)典世界里，貓要不然是活的，要不然是死的，然而一只量子的貓卻可以處在“死”和“活”的疊加狀態(tài)上。那么這只量子“薛定諤貓”到底是死的還是活的呢？

量子測量原理給出的答案是，如果你不去看這只貓，它既不是死的也不是活的！如果你去看這只貓，那么它也許是死的，也許是活的！

正因為有量子疊加狀態(tài)，才導致量子力學不確定原理，即如果事先不知道單個量子狀態(tài)，就不可能通過測量把狀態(tài)的信息完全讀取；不能讀取就不能復制。這是量子的兩個基本特性。

在量子疊加原理基礎(chǔ)之上，衍生出了量子的另一個奇妙特性，叫做“量子糾纏”。比方說，甲、乙兩人分處異地，兩人同時玩一個游戲――擲骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6的概率隨機得到1到6結(jié)果中的某一個；同時，乙在另一地擲骰子，盡管兩人每一次單邊結(jié)果都是隨機的，但每一次的結(jié)果卻是一模一樣的，就好像是雙胞胎心靈感應(yīng)一樣。這就是“量子糾纏”。

若兩個量子粒子處在特殊的狀態(tài)（俗稱“糾纏態(tài)”）中，不管其空間分離得多遠，當對其中一個粒子施行操作或測量，遠處的另一個粒子狀態(tài)會瞬時地發(fā)生相應(yīng)的改變，愛因斯坦稱這個現(xiàn)象為“幽靈般的超距作用”。當時，愛因斯坦認為，怎么會允許兩個客體在遙遠的兩地之間有這種詭異的互動呢？據(jù)此，他質(zhì)疑量子理論的完備性。

1982年，法國物理學家Alain Aspect和他的小組證實了“量子糾纏”的超距作用確實存在。

但直到2015年，荷蘭代爾夫特理工大學物理學家Ronald Hanson領(lǐng)導的團隊進行了一項被他們稱之為“無漏洞貝爾測試”的實驗，“幽靈般的超距作用”才得到比較嚴格的驗證。

有了量子糾纏，量子隱形傳輸?shù)母拍畋愫糁觥?/p>

通俗來講，量子隱形傳輸是將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。由于量子力學的不確定原理和量子態(tài)不可克隆原理，限制我們將原量子態(tài)的所有信息精確地全部提取出來。因此必須將原量子態(tài)的所有信息分為經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別由經(jīng)典通道和量子通道送到乙地。根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。

1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠程傳輸。這是國際首次在實驗上成功地將一個量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。

量子也可以“接地氣”

多年來，科學家們努力運用量子世界種種奇異的性質(zhì)開拓出適用于經(jīng)典世界的新技術(shù)，將向來被公眾認為高深莫測“詭異”的量子物理從云端落地到人世間，服務(wù)社會大眾。

其實，量子理論是一門非常實用的學科。

早在第二次世界大戰(zhàn)之前，它的原理就已經(jīng)被運用于分析金屬和半導體的電學和熱學性質(zhì)。戰(zhàn)后，晶體管和激光器這兩個運用量子理論原理且廣為人知的裝置，更是極大地推動了信息革命的發(fā)展。

到本世紀初，在我們的周圍隨處可見直接或間接運用量子理論的技術(shù)和裝置。從常見的CD唱片機到龐大的現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)、從無水涂料到激光制動車閘、從醫(yī)院的核磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術(shù)已經(jīng)滲透到我們的生活中。

另外，計算能力的飛躍也是量子理論的重要應(yīng)用之一。在經(jīng)典計算機中，每個比特都只有0和1這兩種狀態(tài)。但在量子計算中，每個比特可以處在0和1的疊加狀態(tài)，一旦操縱的量子數(shù)目增多，它就會以指數(shù)增長的形式來提升運算速度，有并行運算的能力。

比如，利用萬億次經(jīng)典計算機分解300位的大數(shù)需要15萬年，利用萬億次量子計算機，只需要1秒。同樣，在大數(shù)據(jù)和人工智能里，求解一個億億億變量的方程組，利用目前最快的億億次“天河二號”計算機大概需要100年左右，但是如果利用萬億次的量子計算機，只需要0.01秒。

量子計算的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以解決大規(guī)模的計算機難題，破解經(jīng)典密碼，進行氣象預報、藥物設(shè)計、金融分析、石油勘探，而且還能揭示新能源新材料、高溫超導、量子霍爾效應(yīng)等復雜的物理機制。不過，量子糾纏“分身術(shù)”的特性有一個更為直接的應(yīng)用，便是量子保密通信。

現(xiàn)在被認為最安全的信息傳遞方式是光纖通訊。光纜能把所有的光能限制在光纖里，外面得不到能量，所以這個傳輸被認為是安全的。但隨著科技發(fā)展，只需讓光纜泄露哪怕很少一部分能量，我們就能夠竊聽光纜傳遞的信號。

這是因為經(jīng)典通信的信號只有0和1，發(fā)生竊聽時，這兩種信號不會被擾動。比方說，兩人打電話時，他人可通過竊聽器從通信線路中的上千萬個電子中分出一些電子，使其進入另一根線路，從而實現(xiàn)竊聽，而通話者無法察覺。“棱鏡門”等事件的曝光便是最好的例證。

篇5

國家自然科學一等獎是中國自然科學領(lǐng)域的最高獎項，很多耳熟能詳?shù)睦弦惠吙茖W家都名列其中。但是因2014年獲獎的“透明計算”存在較大爭議，2015年急需一個眾望所歸的團隊來重新樹立該獎項的聲譽。恰好2015年初潘院士團隊作為最大熱門參加了該獎項的評選，并最終毫無懸念地獲獎。

這次潘建偉院士團隊獲獎的項目名稱為“多光子糾纏和干涉度量學”。“多光子糾纏”顧名思義就是讓多個光子產(chǎn)生糾纏，這是利用光子做量子比特傳送和量子計算的必要前提;而“干涉”就是實驗上實現(xiàn)多光子糾纏的手段。潘建偉院士團隊在量子通信和量子計算等多個方向上都取得了世界領(lǐng)先的科研成果，“多光子糾纏和干涉度量學”就作為其核心研究內(nèi)容之一，貫穿始終。

潘建偉院士的團隊是世界上量子信息研究的領(lǐng)軍者之一，在量子通信領(lǐng)域更是世界最強。與以往的歷屆國家自然科學一等獎相比，潘建偉團隊在頂級論文數(shù)量和國際影響力上都更為出類拔萃。截止到2015年，該團隊成果3次入選美國物理學會評選的“年度物理學重大事件”，2次入選英國物理學會評選的“年度物理學重大進展”。2015年年末更是被物理世界網(wǎng)站（Physics world）評選為“2015年世界物理學十大進展”第一名，這在中國物理學界史無前例。

量子糾纏

介紹“多光子糾纏和干涉度量學”，首先需要介紹一下什么是量子糾纏。量子力學中最神秘的就是疊加態(tài)，而量子糾纏就是多粒子的一種疊加態(tài)。以雙粒子為例，一個粒子A可以處于某個物理量的疊加態(tài)，同時另一個粒子B也可以處于疊加態(tài)，當兩個粒子發(fā)生糾纏，就會形成一個雙粒子的疊加態(tài)，即糾纏態(tài)：無論兩個粒子相隔多遠，只要沒有外界干擾，當A粒子處于0態(tài)時，B粒子一定處于1態(tài);反之，當A粒子處于1態(tài)時，B粒子一定處于0態(tài)。

隨著量子信息學的誕生，量子糾纏已經(jīng)不僅僅是一個基礎(chǔ)研究，它已經(jīng)成為量子信息科技的核心：例如，利用量子糾纏可以完成量子通信中的量子隱形傳態(tài)，可以完成一次性操作多個量子比特的量子計算。讓更多的粒子糾纏起來是量子信息科技不斷追尋的目標。

多光子糾纏和干涉度量學

“多光子糾纏和干涉度量學”就是通過干涉度量的方法實現(xiàn)多光子的量子糾纏。如果這種把雙光子干涉產(chǎn)生糾纏的方法層層累加，擴展到更多的光子，就可以形成更多光子的糾纏。針對量子信息處理尤其是光量子計算的需求，糾纏的光子數(shù)自然是越多越好。但是隨著產(chǎn)生糾纏的光子數(shù)越多，干涉和測量的系統(tǒng)也就越復雜，實驗難度也就越大。

潘建偉團隊從2004年開始，通過在國際上原創(chuàng)的多光子干涉和測量技術(shù)，一直保持著糾纏光子數(shù)的世界紀錄。2004年在世界上第一個實現(xiàn)了5光子糾纏，2007年在世界上第一個實現(xiàn)了6光子糾纏，2012年在世界上第一個實現(xiàn)了8光子糾纏，并且保持該紀錄至今。

每增加一個糾纏光子，光學干涉系統(tǒng)就要復雜一倍，糾纏產(chǎn)生的難度會隨著光子數(shù)呈指數(shù)上升。這個8光子糾纏光路就像“潘神的迷宮”一樣復雜，精巧，困難重重，但又引人入勝。

量子計算的應(yīng)用

1. 量子疊加態(tài)的計算魅力。在經(jīng)典物理學中，物質(zhì)在確定的時刻僅有確定的一個狀態(tài)。量子力學則不同，物質(zhì)會同時處于不同的量子態(tài)上。因為處于疊加態(tài)，這就意味著，量子計算一次運算就可以處理210=1024個數(shù)（從0到1023被同時處理一遍）。以此類推，量子計算的速度與量子比特數(shù)是2的指數(shù)增長關(guān)系。一個64位的量子計算機一次運算就可以同時處理264=18446744073709551616個數(shù)。如果單次運算速度達到目前民用電腦CPU的級別（1GHz），那么這個64位量子計算機的數(shù)據(jù)處理速度將是世界上最快的“天河二號”超級計算機（每秒33.86千萬億次）的545萬億倍。

量子力學疊加態(tài)賦予了量子計算機真正意義上的“并行計算”，而不像經(jīng)典計算機一樣只能并列更多的CPU來并行。因此在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)需求強烈的今天，量子計算機越來越獲得互聯(lián)網(wǎng)巨頭們的重視。

2. 肖爾算法――RSA加密技術(shù)的終結(jié)者。1985年，牛津大學的物理學家戴維?德意志提出了量子圖靈機模型的概念。隨后貝爾實驗室的彼得?肖爾于1995年提出了量子計算的第一個解決具體問題的思路，即肖爾因子分解算法。

我們今天在互聯(lián)網(wǎng)上輸入的各種密碼，都會用到RSA算法加密。這種技術(shù)用一個很大的數(shù)的兩個質(zhì)數(shù)因子生成密鑰，給密碼加密，從而安全地傳輸密碼。由于這個數(shù)很大，用目前經(jīng)典計算機的速度算出它的質(zhì)數(shù)因子幾乎是不可能的任務(wù)。但利用量子計算的并行性，肖爾算法可以在很短的時間內(nèi)通過遍歷算法來獲得質(zhì)數(shù)因子，從而破解掉密鑰，使RSA加密技術(shù)不堪一擊。

量子計算機會終結(jié)任何依靠計算復雜度的加密技術(shù)，但這不意味著從此我們會失去信息安全的保護。量子計算的孿生兄弟――量子通信，會從根本上解決信息傳輸?shù)陌踩[患。

3. 格羅弗算法――未來的搜索引擎。肖爾算法提出一年后的1996年，同在貝爾實驗室的洛夫?格羅弗提出了格羅弗算法，即通過量子計算的并行能力，同時給整個數(shù)據(jù)庫做變換，用最快的步驟顯示出需要的數(shù)據(jù)。

量子計算的格羅弗搜索算法遠遠超出了經(jīng)典計算機的數(shù)據(jù)搜索速度，這也是互聯(lián)網(wǎng)巨頭們對量子計算最大的關(guān)注點之一。量子信息時代的搜索引擎將植根于格羅弗算法，讓我們更快捷地獲取信息。

篇6

繼微型激光器、微碟激光器、微環(huán)激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發(fā)射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術(shù)制造的首批實際器件之一。在開發(fā)的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優(yōu)于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應(yīng)用領(lǐng)域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產(chǎn)生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內(nèi)生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發(fā)現(xiàn)，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發(fā)射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發(fā)射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發(fā)射光譜中會出現(xiàn)最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發(fā)射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發(fā)射強度的迅速提高使研究人員得出結(jié)論：受激發(fā)射的確發(fā)生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應(yīng)用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領(lǐng)域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數(shù)幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠?qū)﹄娮拥倪\動產(chǎn)生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。

3.1量子線激光器

近日，科學家研制出功率比傳統(tǒng)激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創(chuàng)造速度更快的計算機和通信設(shè)備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網(wǎng)及其他采用光纖網(wǎng)絡(luò)的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產(chǎn)生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。

3.2量子點激光器

由直徑小于20nm的一堆物質(zhì)構(gòu)成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應(yīng)沖突。科學家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數(shù)量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應(yīng)的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術(shù)實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數(shù)幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關(guān)速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數(shù)科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設(shè)計量子裝置。

4微腔激光器

微腔激光器是當代半導體研究領(lǐng)域的熱點之一，它采用了現(xiàn)代超精細加工技術(shù)和超薄材料加工技術(shù)，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發(fā)成功。其內(nèi)部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內(nèi)產(chǎn)生的光在此結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)射，直到所產(chǎn)生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經(jīng)典量子電動力學理論出發(fā)研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應(yīng)離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術(shù)制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯(lián)和光信息處理等方面有著很好的應(yīng)用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技術(shù)，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術(shù)研究的突破，可使超大規(guī)模集成光子回路成為現(xiàn)實。因此，包括美國在內(nèi)的一些發(fā)達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規(guī)，用光刻方法實現(xiàn)了碟型微腔激光器件的圖形轉(zhuǎn)移，用濕法及干法刻蝕技術(shù)制作出碟型微腔結(jié)構(gòu)，在國內(nèi)首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內(nèi)首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結(jié)構(gòu)的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應(yīng)、可動態(tài)模式工作等優(yōu)點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應(yīng)用前景廣闊，可用于大規(guī)模光子器件集成光路，并可與光纖通信網(wǎng)絡(luò)和大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路匹配，組成光電子信息集成網(wǎng)絡(luò)，是當代信息高速公路技術(shù)中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現(xiàn)單元集成，用于邏輯運算、光網(wǎng)絡(luò)中的光互連等。

5新型納米激光器

篇7

“這門學科的出現(xiàn)有其重要的意義。”崔海濤介紹，“根據(jù)摩爾(Moore)定律，每18個月，計算機微處理器的速度就會增長一倍，其中單位面積(或體積)上集成的元件數(shù)目也會相應(yīng)地增加。可以預見，在不久的將來，芯片元件就會達到它能以經(jīng)典方式工作的極限尺度。因此，如何突破這種尺度極限是當代信息科學所面臨的一個重大科學問題。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果，發(fā)揮量子相干特性的強大作用，探索以全新的方式進行計算、編碼和信息傳輸?shù)目赡苄裕瑸橥黄菩酒瑯O限提供新概念、新思路和新途徑。”“量子力學與信息科學結(jié)合，不僅充分顯示了學科交叉的重要性，而且量子信息的最終物理實現(xiàn)，會導致信息科學觀念和模式的重大變革。”崔海濤說。

時至今日，量子信息技術(shù)的發(fā)展不僅引起了學術(shù)界的關(guān)注，各發(fā)達國家也針對其制定了本國的研究發(fā)展規(guī)劃，以期搶占未來信息科技的制高點，并投入大量人力、物力用于支撐該領(lǐng)域的基礎(chǔ)性、前瞻性的研究。我國也于2006年9月了國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)，將以量子調(diào)控技術(shù)為代表的量子信息技術(shù)的研究納入到基礎(chǔ)研究重大科學研究計劃當中。正如《綱要》中所描述的那樣：“以微電子為基礎(chǔ)的信息技術(shù)將達到物理極限，對信息科技發(fā)展提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，人類必須尋求新出路，而以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的新的信息手段初露端倪，并正在成為發(fā)達國家激烈競爭的焦點。量子調(diào)控就是探索新的量子現(xiàn)象，發(fā)展量子信息學、關(guān)聯(lián)電子學、量子通信、受限小量子體系及人工帶隙系統(tǒng)，構(gòu)建未來信息技術(shù)理論基礎(chǔ)，具有明顯的前瞻性，有可能在20～30年后對人類社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響。”崔海濤團隊的研究項目就是在這一大背景下展開，致力于解決量子信息技術(shù)中關(guān)鍵的、基礎(chǔ)性的問題，并對相關(guān)實驗技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要的理論指導作用。

緊扣量子糾纏　順通量子信息

細看崔海濤的研究履歷，其關(guān)鍵詞便是“量子糾纏”。

“如果說量子信息主要是基于量子力學的相干特征、重構(gòu)密碼、計算和通訊的基本原理，那么，量子糾纏在其中發(fā)揮的是非常重要而且非常基本的作用。”在多年的學習和研究過程中，崔海濤認識到，一方面，許多重要的量子信息技術(shù)都需要量子糾纏的參與才能實現(xiàn)，例如，量子遠程傳態(tài)、量子保密通訊、量子密鑰分發(fā)等；另一方面，由于量子體系與其他自由度的相互作用，這種作用最終導致體系的自由度與其他自由度的量子糾纏，由于環(huán)境選擇的結(jié)果，量子體系的相干性質(zhì)會逐漸消失，此即所謂退相干過程。退相干是實現(xiàn)量子信息過程所面臨的最大障礙，如何有效克服退相干，延長量子體系的相干時間是當前量子信息技術(shù)研究的前沿課題。“就是這樣奇特的物理性質(zhì)，物理學家們對它的理解至今也非常有限，這嚴重制約了量子信息技術(shù)的發(fā)展，因此，建立對量子糾纏普遍的物理理解已經(jīng)成為當今量子信息領(lǐng)域最為急迫需要解決的問題之一。”

如何建立對多體量子態(tài)糾纏的普遍理解?如何在具體的物理系統(tǒng)中制備糾纏的量子多體態(tài)?看上去，只要解決了這兩個問題，量子糾纏就不再是瓶頸，然而，真的如此簡單么?“最直觀的做法是將兩體糾纏的理解推廣到多體。但經(jīng)事實證明，這種推廣具有很大的局限，因為量子多體態(tài)的糾纏具有遠比兩體糾纏更為豐富的內(nèi)容。”接著，崔海濤進行了舉例說明，“在3量子比特中，存在兩個隨機定域操作與經(jīng)典通訊操作下不等價的三體糾纏態(tài)；GHZ態(tài)和W態(tài)。它們都是真正的三體糾纏態(tài)，卻表現(xiàn)出完全不同的糾纏性質(zhì)。對于GHZ態(tài)，任意一個或兩個量子比特的約化密度矩陣都是單位陣；而W態(tài)，通過對任一量子比特的測量，可以得到其他兩個量子比特的最大糾纏態(tài)。4個量子比特情況就更為復雜，迄今為止也沒有一個完整的分類。”

直觀推廣不成，崔海濤又開始考慮換角度鉆研。他認為，多體糾纏的度量應(yīng)該包括兩方面的內(nèi)容：糾纏模式(pattern)和糾纏強度(intensity)。糾纏強度即糾纏的大小，現(xiàn)已有一些比較好的度量方式，如幾何糾纏；糾纏模式則是指對應(yīng)多體糾纏的分類。而伴隨著糾纏模式，又出現(xiàn)了一個新的問題――多體態(tài)不同糾纏模式表示什么樣的物理意義?“因為這涉及到如何在實驗室中制備不同的多體糾纏。不同的糾纏模式必然對應(yīng)完全不同的物理性質(zhì)，SLOCC不等價關(guān)系的存在也限制了從‘最大糾纏態(tài)’得到其他任意糾纏態(tài)的可能。對于不同的糾纏模式，我們需要不同的物理系統(tǒng)(Hamilton量)來制備。這些系統(tǒng)之間又是怎樣的關(guān)系呢?”

為了解惑，在國家自然科學基金項目“幾何相與量子糾纏的理論研究”和“多體系統(tǒng)中的量子糾纏及其幾何分類的理論研究”的支持下，崔海濤帶領(lǐng)研究團隊在此研究方向上刻苦鉆研多年，并取得了一些深刻的認識。通過附加對稱性的要求，例如，量子態(tài)的平移不變性質(zhì)，他們發(fā)現(xiàn)完全可以普遍地建立這些多體糾纏態(tài)間的等價關(guān)系。而且，經(jīng)進一步研究發(fā)現(xiàn)，這些等價關(guān)系可以通過態(tài)的幾何性質(zhì)很好地區(qū)分。也就是說，不等價的多體糾纏對應(yīng)體系的不同幾何結(jié)構(gòu)。更為重要的是，這些幾何結(jié)構(gòu)可以通過幾何相物理地加以描述。多體糾纏中的非平庸幾何結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)并不是孤立的，聯(lián)系最近凝聚態(tài)體系中相關(guān)幾何效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，有理由相信他們之間存在某種形式的聯(lián)系。相關(guān)的研究工作正在進行中。

事實上，圍繞多體系統(tǒng)中的幾何相與量子糾纏的理論問題，崔海濤自攻讀博士期間就產(chǎn)生了濃厚的興趣。特別是近5年來，陸續(xù)發(fā)表了一些高水平的學術(shù)成果，并主持承擔了一些科研項目。迄今為止共發(fā)表學術(shù)論文22篇，均為SCI收錄，論文總引用次數(shù)137次，他引超過80次。其中，有7篇文章發(fā)表在國際權(quán)威物理學期刊“Physical Review A”上。2007年發(fā)表在“Physics Letter A”上的論文“A Study on the suddendeath of entanglement”已被引用60次(他引57次)，其他論文亦有不同程度的引用。

篇8

盡管量子理論已有百年歷史，但對于這些問題的回答，國際科學界至今仍無定論。

作為中國量子科技的先行者，郭光燦為國內(nèi)量子光學、量子密碼、量子通信和量子計算等眾多研究領(lǐng)域貢獻了“第一推動力”。

這些研究方向如今已成熱門，而他本人則將視野再次轉(zhuǎn)向少人問津的“冷門”，開始思考量子物理的基本問題，嘗試探尋量子世界的本質(zhì)。

“這些是我個人的研究興趣所在，而年輕學者很難去進行此類研究，我這個年齡的人正合適。”郭光燦說，沒有了發(fā)表學術(shù)論文等各種成果考評的現(xiàn)實壓力，他才可以更加自由地思考深層次的物理基礎(chǔ)問題。

而對于他所熟悉的量子信息等“老本行”，郭光燦則希望讓課題組的年輕學術(shù)帶頭人“大展拳腳”，給他們充分的成長空間。

事實上，正是量子信息研究不斷取得新的技術(shù)突破和發(fā)展，為郭光燦的深入思考提供了“靈感之源”。

“技術(shù)發(fā)展后，我們有能力做一些新的實驗，其中有些實驗現(xiàn)象跟之前的理論可能會有沖突，這該如何解釋？”郭光燦所要做的，就是為此類問題尋找答案。他預計，在量子力學誕生兩百年之時，量子世界的本質(zhì)才有可能會被揭開。

“但很有可能找不到答案，研究工作沒有新的理論結(jié)果。”在漫長的求真之路上，郭光燦期待一點一滴的積累。

年過七旬，身體條件已經(jīng)不允許郭光燦像年輕時一樣，每天加班加點工作到深夜。然而，從他參加工作起就養(yǎng)成節(jié)假日鉆進實驗室、辦公室的老習慣，至今都沒有改變。

“我?guī)缀鯖]有休假，哪怕是春節(jié)，過完節(jié)后的第二天就會去辦公室。”郭光燦說這是自己的性格使然，不喜歡出去玩，干脆就安排工作。

早八點出門，晚六點回家，郭光燦將工作生活安排得非常有規(guī)律。盡管如此，他每年仍有一半時間都在出差，參加學術(shù)會議、評審會議、科普報告等各種活動。

出差旅行途中，郭光燦總喜歡戴上耳機，聆聽存放在手機或MP3中的音樂，有流行歌曲，也有古典音樂，以此舒解旅途勞頓。

“我不會唱歌，但我喜歡不同旋律給人心靈帶來的激蕩。”郭光燦笑聲爽朗，說自己甚至成了各類音樂選秀節(jié)目的忠實觀眾，中國好聲音、中國好歌曲、青歌賽等，只要有好節(jié)目一定場場不落。

篇9

支月英

19歲的南昌姑娘不顧家人反對，只身離家堅守深山36載

學校：江西奉新泥洋小學教師

頒獎詞：芳蘭振蕙葉

你跋涉了許多路，總是圍繞著大山；吃了很多苦，但給孩子們的都是甜。堅守才有希望，這是你的信念。36年，絢爛了兩代人的童年，花白了你的麻花辮。

堅守深山36載的鄉(xiāng)村教師

1980年江西奉新縣邊遠山村教師奇缺，19歲的南昌姑娘支月英不顧家人反對，只身到離家兩百多公里、海拔近千米且路不通的泥洋小學教書，成為一名深山女教師。

“山里的孩子們與外界接觸很少，掌握知識是他們走出大山的希望。” 這是支撐支月英留守深山的精神支柱。為了讓山村孩子也能享受到好的教育，她堅守深山36載。

這些年，各級領(lǐng)導去看望她，多次提出給她調(diào)換工作，但她都婉言謝絕。

2012年，比泥洋小學更偏遠的白洋教學點學生家長，聯(lián)名要求支月英老師去白洋任教。她毫不猶豫地答應(yīng)了，成了這個教學點第一位公辦教師。

別的教師都是往山外走，可她卻往深山里去，家里人很不理解，擔心她的身體。但是支月英認為，“山里需要我！總要有人做出犧牲，為什么不能是我呢？”

在山區(qū)從教數(shù)十年，支月英也落下了一身病：一只眼睛幾乎看不見，一只耳朵的聽力衰弱嚴重，嗓子經(jīng)常痛得發(fā)不出聲。另外，甲減和糖尿病讓她每天不離藥。

已到了法定的退休年齡，支老師的去留一直是村民最關(guān)心的問題。可支月英似乎還沒把退休提上議事日程，她放不下山里的孩子，擔心沒有新的老師愿意來。

歲月如梭，支月英以36年的愛與執(zhí)著，以培育深山兩代人的實際行動，譜寫了一名人民教師的光榮詩篇。2016年，她被評為感動中國人物，為老師的堅守點贊！

郭小平

醫(yī)院院長的“愛心小課堂”，終為艾滋病患兒撐起一片天

學校：臨汾紅絲帶學校

頒獎詞：暖帶入春風

瘦弱的孩子需要關(guān)愛，這間病房改成的教室，是溫暖的避難所。你用12年艱辛，呵護孩子，也融化人心，郭校長，你是風雨中張開羽翼的強者。

“愛心小課堂”終成“紅絲帶學校”

2004年，山西臨汾第三人民醫(yī)院院長郭小平見艾滋病區(qū)幾個孩子到年齡卻沒法上學，便辦起“愛心小課堂”，在這些孩子接受治療的同時，能夠讓他們學習知識。

后在各界支持下，臨汾紅絲帶學校掛牌成立。建學校讓郭小平飽受爭議，但他仍堅持，說只愿有一天艾滋患兒能到正常學校上學！

漸漸地，這所特殊的小學引起了社會各界的關(guān)注，省、市相關(guān)部門領(lǐng)導多次來看望慰問住院治療的患者和孩子們，學校也建起了綜合教學樓，治療條件和教學條件都大為改觀。

在郭小平6年的堅持和努力下，2011年，臨汾紅絲帶學校正式掛牌成立，納入國民教育系列。 “紅絲帶學校”身份終于合法化，郭小平多年的愿望終于實現(xiàn)。

這里目前生活著33個年齡不同的孩子，因為感染艾滋病，他們失去了父母、親人，也因為攜帶艾滋病毒，他們在誤解和歧視中被迫離開家鄉(xiāng)。

為艾滋病孩子辦學校，有人說好，有人說不好，在爭議中，靠著一腔熱血，以及對感染艾滋病孩子不離不棄的信念，郭小平用自己瘦弱的身軀為這些孩子們營造了一個溫暖的家。

醫(yī)療技術(shù)逐漸發(fā)展，但是人們的意識還沒有完全跟上，對于艾滋病的歧視依舊在我們身邊蔓延。為艾滋患兒建學校讓郭小平飽受爭議，但是總有人要去面對、去帶領(lǐng)，他說只愿有一天艾滋患兒能到正常學校上學。

潘建偉

在世界最前排和宇宙對話，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”首席科學家

學校：中國科技大學

頒獎詞：曙色滿東方

嗅每一片落葉的味道，對世界保持著孩童般的好奇。只是和科學糾纏，保持與名利的距離。站在世界的最前排，和宇宙對話，以先賢的名義，做前無古人的事業(yè)。

他的夢想是在中國建一個世界一流的量子物理實驗室

在奧地利留學時，潘建偉告訴導師，他的夢想是在中國建一個世界一流的量子物理實驗室。

1997年以來，潘建偉在世界上系統(tǒng)地開創(chuàng)了量子通信的實驗研究領(lǐng)域，在量子信息論和量子基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得突出的、具有國際廣泛影響的成果。

1998年潘建偉與愛因斯坦等21位世界著名科學家的論文一道入選了《自然》雜志物理學百年經(jīng)典。

熱愛祖國，獻身科學。盡管國外很多科研機構(gòu)極力挽留，但潘建偉像錢學森、嚴濟慈、郭永懷等前輩一樣克服困難毅然回國。2000年他回到中國科學技術(shù)大學。潘建偉說：“我只有一個單純的身份，那就是中國科學技術(shù)大學教授。”

2016年8月16日，中國自主研制的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”成功l射，它在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面間的量子通信，該項目首席科學家正是潘建偉。

潘建偉除了擔負國家量子信息所研究工作外還是博導，他認為，科研和教學最大的不同是科研需要創(chuàng)新，保持在國際市場爭第一。但教學是把自己所學的東西和體會傳授給學生。

教學過程中，他注重學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)，善于用淺顯的語言講授復雜的知識，他說：“學生了解越深刻，創(chuàng)造力越提升，我就會覺得非常高興。這種高興跟做出了一個很好的實驗工作是完全一樣的。培養(yǎng)學生對永久增加科研動力非常重要。”

為什么年年都有教師入選感動中國年度人物

回顧歷年感動中國，幾乎每年都有老師的身影，他們大多來自一線，大多默默無聞，但他們還是用自己的行動感動了中國。

為什么年年都有老師感動中國？為什么老師最容易感動中國？這背后體現(xiàn)了教師這個職業(yè)哪些特點和光榮？小編這就帶您來盤一盤他們的“感動點”在哪里！

1希望

他感動中國，因為給人以希望

2015年感動中國年度十大人物：“化緣校長” 莫振高用自己微薄的工資資助近300名貧困生，為了讓學生順利進入大學，他還不惜一切到企業(yè)、工地為貧困學子“化緣”。近10年來，莫振高先后籌集3000多萬元善款，資助1.8萬名貧困生圓了大學夢。

2009年感動中國年度十大人物：“80后”教師李靈，自籌經(jīng)費在家鄉(xiāng)周口淮陽許灣鄉(xiāng)創(chuàng)辦希望小學，李靈為建學校已挪用家中20萬元，并欠下8萬元外債，她用微薄的身軀挑起孩子沉甸甸的夢想。

2008年感動中國年度十大人物：從漢族地區(qū)來的李桂林、陸建芬夫妻在梁山北部峽谷絕壁上的彝寨扎根18年，把知識的種子播種在彝寨，為村民走出彝寨架起“云梯”。

探因：他們在最崎嶇的路上點亮了知識的火把，照亮學生的前程

教師，從來都是一個充滿希望的稱呼――教書育人，以為人師。

無論是“化緣校長”莫振高，“80后”教師李靈，還是李桂林、陸建芬夫婦，他們都在最崎嶇的路上點亮了知識的火把，照亮學生的前程，給予學生最溫暖的希望。每一個希望的接受者也終究會成為希望的傳播者，一個又一個、一代又一代。教師傳播的希望種子所到之處遍地開花。

2堅守

他們感動中國，因為他們一直在那里

2013年感動中國年度十大人物：格桑德從河北師范大學畢業(yè)后回到墨脫從事教學工作，為了勸學、為了孩子不停課、為了學生安全回家，她常常在滿是泥石流、山體滑坡的道路上頻繁往返。因為堅守在大山深處的工作崗位，她常年不回家，連女兒都難見上幾面。

2016年感動中國年度十大人物：為了讓山村孩子也能享受到好的教育，支月英堅守深山36載。從最初的“支姐姐”，到后來的“支媽媽”，再到現(xiàn)在的“支奶奶”。她用自己的默默堅守絢爛大山幾代人的童年。

探因：為學生辛勞、為教育奔走，幾十年如一日，個中辛酸誰人知

為學生辛勞、為教育奔走，幾十年如一日，需要的是恒心，付出的是心血。這些老師有著蒼翠挺拔的骨干、有著迷人傲骨的風姿。他們的身上是沉甸甸的責任感，負重行走慢慢長路，營造一片天地成就學生的歲月靜好。

3舍棄

他們感動中國，因為他們?yōu)榻逃艞壍挠職?/p>

2014年感動中國年度十大人物：外交官朱敏才和妻子孫麗娜，得知家鄉(xiāng)師資嚴重缺乏，退休后放棄在北京悠閑自在的生活，去山區(qū)義務(wù)支教。他們義務(wù)支教不拿一份報酬還積極為學校爭取各界的支持和幫助，使山寨的學校面貌煥然一新。

2011年感動中國年度十大人物：云胡忠、謝曉君離開蒼老的父母，離開成都的學校，離開物質(zhì)豐富的城市生活，帶著3歲的女兒到四川藏區(qū)福利學校支教。

探因：他們放棄的只是外物，攀得的是精神的家園

或許有人說，人往高處走，水往低處流，這些拋棄舒適生活的老師太傻太傻。但殊不知，他們放棄的只是外物，攀得的是精神的家園。

為了教育，為了孩子，他們能夠舍得，這便值得我們?yōu)橹c贊。

4大愛

他們感動中國，因為關(guān)鍵時刻做出了心的選擇

2012年感動中國年度十大人物：停在路邊的客車猛地向?qū)W生沖過來，張麗莉老師在危急時刻，向前一撲，將車前嚇傻的學生用力推到一邊，自己卻被無情的車輪碾壓，導致雙腿高位截肢。

2010年感動中國年度十大人物：5名幼童在房間里嬉戲誤用打火機不慎著火，王茂華老師和岳父譚良才得知火情之后，奮不顧身地數(shù)次沖進火海，成功救出5名孩子，卻被嚴重燒傷。

探因：他們滿懷無私無畏的大愛，在危急中綻放出耀眼奪目的生命之光

都說，人在瞬間的反應(yīng)直指內(nèi)心，這是一個人下意識的反應(yīng)。無論是張麗莉老師還是王茂華老師和岳父，他們都做出了心的選擇。他們滿懷無私無畏的大愛，在危急剎那間如化繭成蝶般綻放出了耀眼奪目的生命之光。

5使命感

他們感動中國，因為他們始終放不下自己的那樁使命

2007年感動中國年度十大人物：入伍20多年來，方永剛先后出版16部政治理論專著，完成10項國家和軍隊重點科研項目，被譽為“平民教授”“大眾學者”和“科普專家”。他躺在病床上完成了對3名研究生的學期教學和畢業(yè)論文寫作輔導任務(wù)。

2016年感動中國年度十大人物：熱愛祖國，獻身科學。潘建偉留學后毅然回到祖國，成為國內(nèi)開辟量子信息實驗學科的先驅(qū)之一。2016年中國自主研制的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射，它在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面間的量子通信，該項目首席科學家正是潘建偉。

篇10

1990年，為了自己喜歡的物理，他在高考第一志愿4個專業(yè)全填了中國科大的物理專業(yè)。剛進大學時，秉性貪玩的他很緊張，因為班上同學個個都是佼佼者，他經(jīng)常通宵到教室學習，學習成績在班上名列前茅。

大三，他選擇了當時國內(nèi)最前沿的量子光學。由于課程不多，他小時候的玩性又冒了出來。他整天沉迷于電腦游戲，有次玩了三天兩夜不休息，連導師主講的《量子光學》也沒考好。他的導師郭光燦把他狠批了一頓，還以他同學的優(yōu)異表現(xiàn)來刺激他。導師還要求他研讀文獻，研究BEC理論。他這才專心于學習與科研。

盡管科研上得到嚴格的訓練，發(fā)表了一些論文，但他覺得理論研究太枯燥，不適合愛玩的自己，更重要的是，他覺得BEC理論研究已有70多年了，很難有大的突破。1999年博士畢業(yè)留校后，他轉(zhuǎn)做量子信息實驗研究。面對導師的疑慮，以前沒學過的他篤定地認為自己一定能行。又回到了自己最喜歡的動手實驗的陣地，他如魚得水，全身心地投入。從2001年開始，實驗室陸續(xù)出了一些成果，其中實驗驗證KS理論的在《物理評論快報》上。

篇11

“我們的成果在爆發(fā)，人才成長在爆發(fā)，作為人才搖籃的作用，十幾年的積累到這時也出來了。”一提起實驗室的創(chuàng)新人才培養(yǎng)，中國科學院院士郭光燦一掃出差回來的疲憊，興奮地說。

郭光燦的實驗室隊伍有個特點，就是以“土鱉”居多，大多都是從學生時期就一直跟著郭光燦的中國科大“土著”。

在國家大力吸引海外人才支援科技事業(yè)的背景下，很多實驗室的科技骨干都是引進人才。但郭光燦卻憑借自己獨到的眼光，培養(yǎng)出了一支富有創(chuàng)新開拓精神和沖擊國際科研前沿能力的學術(shù)隊伍。

做“敢死隊”的后援團“年輕人，為什么這么在乎當下呢。”量子信息重點實驗室教授郭國平從18歲起就跟著郭光燦，至今，他還清楚記得第一次郭光燦對他說的話。

2010年，年僅33歲的郭國平獲得科技部A類國家重大研究計劃（“超級973”）科技專項“固態(tài)量子芯片研究”重大項目，并于今年成功在“一個電子”上實現(xiàn)10皮秒級量子邏輯門運算，將原世界紀錄提高近百倍，為基于半導體的“量子計算機”的實現(xiàn)邁出重要一步。

但從當下的評價體系來說，量子芯片領(lǐng)域的研究，不僅難度大、風險高，而且從發(fā)文章的角度看，“產(chǎn)出收益”也未必好。連郭國平自己都說，當時很多老院士都稱這是“愣頭青”干的事兒。

但這不是郭國平做的第一個“愣頭青”的決定。他一直在中國科大學習量子光學，在博士三年級時，他突然覺得量子信息現(xiàn)有的研究已經(jīng)不足以吸引自己了。

在郭光燦的大力支持和資助下，郭國平遠赴日本NEC中央研究院訪學。結(jié)果不到半年，郭國平就回來了。“老虎跟貓學爬樹，他不會教你的，肯定要自己學。”他走到郭光燦面前說，“我不再寫文章了，后面兩年我要去選修固體物理的課，行不行？”

當時，郭光燦看到了未來實驗室的戰(zhàn)略部署需要固態(tài)物理，但實驗室的研究人員多數(shù)都是光學專業(yè)的。于是“大小郭”一拍即合。當時不到30歲的郭國平開始負責建立國內(nèi)首個半導體量子芯片研究組，競爭國際量子計算機的制高點。

想搭建實驗平臺，一臺儀器就要350萬元。郭光燦相信半導體量子芯片是有前途的，便將實驗室所有能調(diào)動的資金都先投入到郭國平的實驗平臺。但還是遠遠不夠。郭光燦就以自己和整個實驗室作擔保，又向?qū)W校借了800萬元。“要趕快把實驗條件做成。我們有理論、有想法，但是實驗科學只有做過了才知道。”郭光燦堅信，“耕算失敗了，對國家的工業(yè)和技術(shù)發(fā)展也是有好處的。”

郭光燦“借錢過日子”的“超前消費觀”在學校是出了名的。為此，學校免了這800萬元的欠款，還又支持了他200萬元。“我們就像社會主義大家庭一樣，這十幾年各種經(jīng)費大項目都是實驗室統(tǒng)籌使用。哪兒需要加什么，我們就把錢買儀器。現(xiàn)在每個‘攤子’都有國際一流水平的硬件條件。”郭光燦說。“玻爾會不高興的”

在過去的一百多年間，哥本哈根學派的玻爾互補原理一直統(tǒng)治著量子力學界。它認為，光子的波粒二象性是“對立互補”的。如同一枚硬幣的兩面，只能看到其中一面，不可能同時看到另一面。

但是實驗室的李傳鋒研究小組 2012年9月發(fā)表在《自然一光學》雜志的論文則宣稱：他們同時看到了光子的波動性和粒子性。“南京大學電子科學與工程學院院長施毅告訴我，他們的量子物理課本來要講玻爾的互補原理。但現(xiàn)在他們也要把我們同時看到波粒二象l生的文章拿出來講。”郭光燦對外都這么夸獎自己的弟子。

但在實驗室，他卻要求大家有一種“我創(chuàng)新故我在”的勁頭。

今年年初，郭光燦把李傳鋒叫了過去，抽出三本書來說：“量子力學的書好像都解釋不了你們的實驗，太牛了。”

李傳鋒憨憨一笑：“是啊，我們希望把玻爾的理論擴展一下，把我們的結(jié)論包含進去。”

郭光燦聽了，卻微微一皺眉：“玻爾根本不會像你這么想，你這種說法玻爾都會生氣的。你應(yīng)該更有創(chuàng)造力，把玻爾的理論。”

這不僅是郭光燦的“野心”，也是整個實驗室的。

就在近期，實驗室的史保森研究小組在國際上首次實現(xiàn)了攜帶軌道角動量、具有空間結(jié)構(gòu)的單光子脈沖在冷原子系綜中的存儲與釋放，證明了建立高維量子存儲單元的可行性，邁出了基于高維量子中繼器實現(xiàn)遠距離大信息量量子信息傳輸?shù)年P(guān)鍵一步。

麻省理工學院的Technology Review網(wǎng)站更以“第一個存儲單光子形狀的量子存儲器在中國揭開面紗”為題，對研究室的發(fā)現(xiàn)進行積極評價。

沒有第一的競賽

郭光燦眼光“毒”得很。

他是國內(nèi)第一個做量子光學的。三十多年前，國內(nèi)沒有人支持他做量子光學，甚至把量子信息稱為“偽科學”。“剛開始，郭光燦的工作沒人重視，按他自己的話說，‘坐了十多年冷板凳’。”原中國科大副校長韓榮典說，“哪個新學科不是坐冷板凳？但他堅持下來了，還培養(yǎng)了一大批出色人才。”

在郭光燦的這場“科學賽跑”中，沒有第一名。

他趕上了全球量子信息發(fā)展的萌芽期，熟知量子信息發(fā)展動態(tài)。因此，他做科研從來不緊跟風國外，而是前瞻性地進行戰(zhàn)略部署。

1999年，實驗室在中科院實驗室評比中獲得第一名。郭光燦借助350萬的獎金，將對國家安全至關(guān)重要且容易出成果的“量子密碼”作為突破口，在國際上首次解決了量子密鑰分配過程的穩(wěn)定性問題，經(jīng)由實際通信光路實現(xiàn)了125公里單向量子密鑰分配。

兩年之后，他又布局量子信息最核心的資源――量子糾纏。2011年，《自然一通信》在線發(fā)表了李傳鋒、黃運鋒研究組獨立制備出的八光子糾纏態(tài)，刷新了多光子糾纏制備與操作數(shù)目的世界記錄。

單是光學和量子信息是不夠的，因此郭光燦又與郭國平一起部署了半導體量子芯片研究平臺。

當時正好趕上金融危機，美國實驗室都在降價處理儀器設(shè)備。實驗室便遠赴大洋彼岸的美國挑選了5臺“五臟俱全”的“二手貨”，建起了成熟的量子芯片加工平臺。隨后，郭光燦又派研究人員到蘇州納米所學習微納加工，建立起以考核技術(shù)進步為主的評價標準，培養(yǎng)出一支優(yōu)秀的研究隊伍。

2004年開始，除了“看家”的理論組方向外，郭光燦又部署起新的量子光集成芯片方向，進行微腔小球研究。“我們的四個實驗研究方向是把握了學科發(fā)展的趨勢，結(jié)合自己的特長，逐步做出了前瞻性布局。”在郭光燦看來，做研究不能讓國外牽著鼻子走。

英雄不問出處

董春華讀博時，就已經(jīng)將微腔小球研究做到了世界最高水平。

但在當前的政策下，對于非“海歸”的董春華來說，想要留校幾乎是不可能的。為了留下董春華這個人才，郭光燦再次慷慨解囊，用實驗室經(jīng)費支持董春華去合作伙伴――俄勒岡大學物理系攻讀博士后。

當時有人問郭光燦：“你要不要跟他簽個協(xié)議，會不會放出去就不回來了？”郭光燦自信地說：“我們相信他能回來，這里才能發(fā)揮他的作用。”

果不其然。兩年后，董春華在《科學》雜志以第一作者發(fā)表文章Optomechanical Dark Mode，并帶著世界上最耀眼的光機械研究方向回到了實驗室。“我們自己培養(yǎng)人如同幫病人養(yǎng)血，調(diào)理好生血的機構(gòu)。引進人才如同輸血，忽視增強自己的造血機能，是不正常的。”郭光燦說。

李傳鋒招學生，唯一看重的就是是否熱愛物理。“如果你喜歡物理就來，如果還有其他選擇，想去發(fā)財就去發(fā)財”，李傳鋒在給學生許金時面試時如此說。

篇12

中圖分類號：TN949.192文獻標識碼：B

Study and Implementation on LCD Television Set

CHEN Wei-dong

(China Greatwall Computer Shenzhen Co.,Ltd., Shenzhen 518108)

Abstract: This paper is to proposed to establishes a unified inputer driver model, processes the input signal come from the different hardware signal path and device. We have implemented the design of main circuit structure and MCU software of the LCD TV set.This paper proposes some image processingalgorithm. Studied and develops the LCD TV set related function and to implemented it, including signal format, image processing, audio design, software development, communication and white balance adjustment and so on.

Keywords:LCD TV; scaler;firmware;microprocessor

引言

液晶電視接收機是近幾年來電視行業(yè)中出現(xiàn)的新產(chǎn)品，采用半導體技術(shù)研制而成，它有別于傳統(tǒng)的CRT(陰極射象管)電視。產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)代高新科技技術(shù)，是集顯示器、電視功能于一體的電子消費產(chǎn)品。采用高清晰度、高亮度、高對比度的動態(tài)液晶顯示屏，高保真度的音頻處理技術(shù)，能欣賞到原汁原味的影視圖像和聲音。整機線路均選用低功耗，高集成度，品質(zhì)優(yōu)良的集成電子線路和電子器件設(shè)計，具有新穎獨特的外觀造型，真正的高性價比、用戶滿意的環(huán)保綠色產(chǎn)品。

1各模塊結(jié)構(gòu)及算法

液晶電視接收機的功能模塊包括交流-直流轉(zhuǎn)換電源、主電路板、升壓板、按鍵板、背光燈、液晶顯示屏。主電路板由調(diào)諧器、視頻處理器、音頻處理器、圖象處理器、圖象數(shù)據(jù)緩沖器SDRAM、MCU、閃速存儲器、調(diào)整數(shù)據(jù)存儲器EEPROM、復位電路、USB接口、USB處理器、S端子，AV端子、HDMI端子，SCART，YPbPr復合端子。液晶顯示屏顯示輸出的圖象，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由驅(qū)動芯片、源數(shù)據(jù)芯片、時序控制器、液晶陣列、偏光板等部件構(gòu)成。

1.1 中頻（IF）補償

由于信號在空中傳播，或者出現(xiàn)音調(diào)不和諧的情況，必需對色彩載波中的高頻衰減或不對稱進行補償。IF補償有4種可能的設(shè)置：

平坦（沒有補償）、6dB/八度音階、12dB/八度音階、20dB/MHz

最后一個設(shè)置對于高頻有一個很大的推進。它是提供給SECAM信號，使用原來是PAL標準專用的鋸齒濾波器譯碼的。

1.2矩陣運算

通過以下的矩陣操作，RGB信號被轉(zhuǎn)換成YcrCb格式：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

（R Y）=0.701R+0.587G+0.114B

（B Y）=0.299R+0.587G+0.886B

1.3 軟件混合器

在自動延遲匹配之后，混合信號和向上采樣主視頻信號被匯集到一個唯一的YcrCb通道，通過一個通用的4：4：4的軟件混合器來完成。

軟件混合器電路采用以下算法，提供一個混合因子k(0..64)給一個高質(zhì)量的信號混合器達到輸出功能：

YcrCb_mix=(k*YcrCb_main+(64-k)*

YcrCb_cip)/64

1.4 計算垂直和東西方偏轉(zhuǎn)系數(shù)

查表可得到計算偏轉(zhuǎn)初始化參數(shù)，給出多項式系數(shù)a,b,c,d,e，用于計算垂直和東西方向偏轉(zhuǎn)。使用以下多項式計算：

a0..a3的初始化值用于垂直偏轉(zhuǎn)，a0..a4的初始化值用于東西方向偏轉(zhuǎn)。用于計算不同域頻率的初始值的系數(shù)可查表獲得。計算值除以128后為系數(shù)值，例如：50Hz垂直偏轉(zhuǎn)的a0值為：

a0=(a×128-b×1365.3+c×682.7-d×682.7)/128

1.5ADC輸入控制

ADC轉(zhuǎn)換器可以接收24位/48位圖形數(shù)據(jù)（RGB888）或者SDTV/HDTV(YPbPr444)視頻數(shù)據(jù)輸入。為了避免偽同步脈沖影響ADC數(shù)據(jù)輸入位置和時鐘頻率，主處理器將在MACROVISION的有效區(qū)間生成行同步脈沖。生成的Hsync脈沖頻率由以下公式計算：

F(hsync)= F(refclk) / (FROFFSET × 4)

其中：F(refclk)=12MHz

1.6同步處理器

其中，行同步的計算：HS_FREQ報告在4個行同步脈沖內(nèi)計算的參考時鐘周期數(shù)。這樣，行同步可以從計數(shù)值中用如下公式計算：

Hsync_Freq=(4×reference_clock_frequency)/HS_FREQ

場同步的計算，按照以下公式：

Vsync_Freq=reference_clock_frequency/(VS_FREQ×512)

1.7向下定標的功能

為支持PIP、POP功能及不同的顯示格式，輸入處理模塊包含一個向下定標的操作，使輸入的視頻變小，以適合所需的類型。向下定標處理器提供兩個算法：下降像素方法或平均相鄰點方法，實現(xiàn)無級收縮功能。下降像素方法可以獲得一個銳利的向下定標圖象。但是，有個缺點，經(jīng)過處理有些細線可能消失了。另一方面，平均算法的優(yōu)點是可以避免假信號，在向下采樣之前提供一個低通濾波器。盡管向下定標后的圖象看起來更平滑，它可以包含更多的輸入圖象信息。

可以通過設(shè)置寄存器的信息來配置水平和垂直的定標參數(shù)。向下定標的因子定義為：

SDF=[65535 x （目標視頻型號 / 源視頻型號）]

1.8輸出的信號格式

輸出信號格式可以是RGB或者YPbPr 。

亮度Y：Y信號的峰值視頻振幅是消隱電平上714mV。負向的同步信號脈沖是286mV。黑電平設(shè)置可能是0，或者從消隱電平到參考白電平視頻范圍的-2.5%～ 7.5%之間。

色差信號：

Pb=(B-Y)/1.772

Pr=(R-Y)/1.402

通過以上的處理，Pb和Pr信號可以得到最大振幅為消隱電平的+350mV～-350mV。YUV域色彩調(diào)節(jié)（亮度、對比度、飽和度、色調(diào)）

亮度的調(diào)整是對信號亮度值加上或減去一個常數(shù)。對比度調(diào)整是對信號亮度數(shù)據(jù)乘以一個常數(shù)。色調(diào)是調(diào)整色彩的波長。飽和度是調(diào)整呈現(xiàn)的色度。

Y=(Y-128)*Yc(3 int,5fra)+Yb(-128～128)

U=Sat*（Uo*cos（h）+Vo*sin（h））

V=Sat*（Uo*cos（h）-Vo*sin（h））

1.9RGB域色彩調(diào)整

R={R-Rblack(-128～127)}*Rcontrast(0～2)+Rbrightness(-128～127)

G={G-Gblack(-128～127)}*Gcontrast(0～2)+Gbrightness(-128～127)

B={B-Bblack(-128～127)}*Bcontrast(0～2)+Bbrightness(-128～127)

1.10JPEG引擎

量子化或反量子化是在鋸齒形模塊完成的。量子化表是一個關(guān)鍵因素，以確定JPEG壓縮的質(zhì)量。主處理器有一個內(nèi)建的SRAM，用做量子化表。低位部分是用作亮度質(zhì)量表，其余部分用作色彩質(zhì)量表。這些表可以由開發(fā)人員進行編程以滿足不同的圖象質(zhì)量等級。公共的量子化參數(shù)可以從以下的算法得到：

IF (quality

Else sf=200-quality*2;

Quantize value of Y=((std_luminance_table*sf)

+50)/100；

Quantize value of U,V=((std_chrominance_table

*sf)+50)/100；

1.11 音頻控制器

音頻模塊支持AC'97多媒體數(shù)字信號編解碼器接口（AC'97，其全稱為Audio CODEC '97 （音頻多媒體數(shù)字信號編／解碼器），是Intel公司聯(lián)合CREATIVELABS、NS、ANALOGDEVICE、YAMAHA共同提出并制定的音頻技術(shù)規(guī)范標準，目前的AC'97規(guī)范已經(jīng)發(fā)展到2.3，AC'97規(guī)范的主要要求是在電路結(jié)構(gòu)上將數(shù)字和模擬部分分開，以降低電磁串擾和提高性能），用于音頻錄音/重放和流功能。此外，音頻模塊中還包含一個向下采樣濾波器和IMA-ADPCM多媒體數(shù)字信號編解碼器，以減少數(shù)據(jù)存儲量。

1.12HDMI接口

目前，HDMI已升級到1.3版本，這是繼1.2版大幅擁抱PC平臺之后的又一新版，此一新版在支持規(guī)格上有著進一步的加強，主要的增強項目有以下幾項：高速傳輸、更高色數(shù)、支持無損音效。

1.13SCART接口

歐洲市場的視頻產(chǎn)品的視頻接口普遍采用SCART接口，作為接收機采用的是female的形式，male形式則作為連接線的插頭。其內(nèi)部包含CVBS IN、R/G/B IN、AUDIO IN、CVBS OUT、AUDIO OUT及識別信號等。隨著大屏幕電視的發(fā)展，目前歐洲市場上的電視特別是大屏幕電視，普遍具有多組SCART接口，每組接口的標準有所區(qū)別。

2軟件開發(fā)

2.1 輸入器驅(qū)動器

TDAPI提供了一個統(tǒng)一的輸入器驅(qū)動器模型，處理來自不同硬件信號路徑和設(shè)備的輸入信號。由于使用了統(tǒng)一的輸入器驅(qū)動器模型，應(yīng)用軟件或者一些API（應(yīng)用程序接口）就不需要考慮輸入信號和其硬件路徑，而只需使用相同的方法或相同的編碼來操作。這大大簡化了應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)，而且使應(yīng)用軟件可以同時支持不同的譯碼器和設(shè)備。

資源創(chuàng)建者可以管理驅(qū)動器所需的所有寄存器設(shè)置。

體系結(jié)構(gòu)如圖1。

TDAPI提供的功能有：輸入器驅(qū)動器接口、輸入器驅(qū)動器池、圖片槽及用法、設(shè)置輸入器驅(qū)動器屬性、TDAPI服務(wù)程序。

2.2MCU軟件的開發(fā)流程

MCU的軟件也稱為固件(Firmware)。其設(shè)計過程包含軟件系統(tǒng)設(shè)計階段、功能模塊設(shè)計階段、測試階段、修改階段、版本及控制階段。

（1）初始化程序：液晶電視接收機接上電源后，主程序執(zhí)行以下的初始化子程序：初始化MCU、復位視頻譯碼器、初始化串行口、初始化按鍵、發(fā)出版本消息、檢查EEPROM是否為空、初始化全程變量、初始化圖象處理器、初始化OSD參數(shù)、初始化視頻譯碼器、初始化調(diào)諧器參數(shù)、初始化聲頻處理器、初始化梳形濾波器、初始化字幕/檢測暴力等級芯片、初始化中斷參數(shù)。

（2）主循環(huán)程序：完成初始化過程后，進入主循環(huán)程序，執(zhí)行以下功能。

SlowTimerHandler()：定時器計數(shù)處理。

uartDecodeCommand()：異步通信譯碼命令檢測。

keyDetectHandler()：按鍵的檢測和處理。

irDecodeCommand()：紅外線遙控器按鍵命令檢測。

irDecodeNumKey()：對于按下遙控器的數(shù)字按鍵的處理，切換到對應(yīng)的頻道。

OsdHandler()：控制OSD菜單的顯示。

PowerHandler( ) ：MCU檢測如果無輸入信號，則顯示"無信號輸入"OSD提示信息。5秒之后，關(guān)閉系統(tǒng)，包括關(guān)閉定標器輸出、液晶顯示屏電源、背光燈、音頻電源，進入節(jié)電狀態(tài)，節(jié)電狀態(tài)下功耗小于2W。

TV_ChannelAutoScan() ：當使用者在OSD菜單上選擇自動搜臺時，執(zhí)行此項功能。

PollingInputSrc()：查詢輸入源的輸入狀態(tài)。

usrVChipHandler()：檢測輸入圖象信號的暴力等級。

msBurnInMode()：在工廠模式下提供烤機的信號。

（3）主要的子程序模塊有：

設(shè)置液晶屏的開關(guān)時序子程序、按鍵檢測子程序、OSD菜單處理子程序等。

（4）中斷服務(wù)：微控制器需要完成的中斷服務(wù)有定時中斷和RS232中斷。

（5）USB總線接口：主處理芯片內(nèi)部集成一個USB控制器。執(zhí)行4個USB端點的控制。

（6）紅外遙控器的檢測和處理：包括以下的幾個子過程，啟動紅外遙控器、接收遙控器按鍵、讀每一個紅外接收字節(jié)信息、檢測 IR 的Start命令、IR 譯碼命令、IR 譯碼數(shù)字鍵、選擇頻道號、設(shè)置調(diào)諧器頻道、設(shè)置聲頻處理器選擇過程。

3通信和自動調(diào)整

3.1通信接口

MCU提供一個標準的RS232接口和I2C總線接口。這些接口還可提供在線編程和調(diào)試功能。

3.2基準校正與白平衡調(diào)整

在調(diào)整之前必須先校正輸入信號的基準電平和增益范圍，這些是通過調(diào)整電視接收機ADC信號轉(zhuǎn)換模塊的寄存器來完成的。然后再通過通信總線將調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)送給該電視機中的微處理器，微處理器接收到調(diào)整數(shù)據(jù)后，改變相關(guān)控制寄存器的值，從而使液晶顯示屏控制器件的輸出模擬量大小發(fā)生變化，實現(xiàn)對驅(qū)動顯示屏的R、G、B三色信號的電壓調(diào)節(jié)，達到白平衡調(diào)整目的。

4總結(jié)

以上產(chǎn)品進入大批量生產(chǎn)。市場追蹤的數(shù)據(jù)顯示良好。這表明在圖象處理芯片組的支持下，微處理器控制系統(tǒng)能有效解決液晶電視接收機應(yīng)用上的問題。

參考文獻

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篇13

1 物理學的發(fā)展過程

1.1 宏觀低速階段

研究宏觀低速的理論是牛頓力學，研究對象為宏觀低速運動的物體。例如：汽車、火車的運動，地球衛(wèi)星的發(fā)射。在牛頓力學中，牛頓認為：質(zhì)量、時間、空間都是絕對的。也就是說，對于時間來講不存在延長和收縮的問題，即時間是在一秒鐘，一秒鐘地或一個小時，一個小時地均勻流失。對于空間和質(zhì)量來講也不存在著變大或變小的問題。牛頓力學的三大定律，就是在這樣的基礎(chǔ)上建立的。

1.2 宏觀高速階段

研究宏觀高速的理論是愛因斯坦的相對論力學，愛因斯坦在1905年發(fā)表了論文相對論力學。愛因斯坦認為空間、質(zhì)量、時間都是相對的。并且找出了動質(zhì)量和靜質(zhì)量之間的關(guān)系：其中m0為靜質(zhì)量；m為動質(zhì)量。

1.3 微觀低速階段

其理論是薛定諤，海森堡兩個創(chuàng)立的量子力學。研究對象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見的物質(zhì)。

1.4 微觀高速階段

理論是量子場論，研究對象為宇宙射線，放射性元素。例如“鐳”。量子場論就是粒子通過相互作用而被產(chǎn)生，湮滅或相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。例如：通過對天外射線射向地球宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)“反粒子”，即電子的反粒子正電子。負電子與正電子相互作用湮沒——轉(zhuǎn)化為二個γ光子，例如“閃電”。

2 物理學與工程技術(shù)的關(guān)系

物理學與工程技術(shù)有著密切的關(guān)系，他們之間是相互促進共同發(fā)展的。我們平時常說科學技術(shù)，實際上科學和技術(shù)是兩個不同的概念。科學解決理論問題，而技術(shù)解決實際問題。科學是發(fā)現(xiàn)自然界當中確實存在的事實，并且建立理論，把這些理論和現(xiàn)象聯(lián)系起來。科學主要是探索未知，而技術(shù)是把科學取得的成果和理論應(yīng)用于實際當中，從而解決實際問題。所以技術(shù)是在理論相對比較成熟的領(lǐng)域里邊工作。科學與工程技術(shù)相互促進的模式主要有以下兩種。

2.1 技術(shù)——物理——技術(shù)

例如：蒸汽機的發(fā)明和蒸汽機在工業(yè)當中的應(yīng)用形成了第一次工業(yè)革命——熱力學統(tǒng)計物理——蒸汽機效率的提高，內(nèi)燃機，燃氣輪機的發(fā)明。這一次主要是這樣：由于蒸汽機的發(fā)明，在當初工業(yè)應(yīng)用上，出現(xiàn)了很多應(yīng)用技術(shù)的問題。例如蒸汽機發(fā)明的初期熱效率很低，大概不到5%。這樣，就對物理提出了很尖銳的問題。那就是熱機的效率最高能達到多少？熱機的效率有沒有上限？上限是多少？再一個就是通過什么樣的方式來提高熱機的效率？由于這些問題就促進了物理學的發(fā)展，正是在這些問題解決的過程當中，逐漸形成和建立了熱力學統(tǒng)計物理。而熱力學統(tǒng)計物理很好地回答了提高熱機效率的途徑，以及提高熱機效率的限度等等這些理論上的問題。

2.2 物理——技術(shù)——物理

例如：

①電磁學——發(fā)電機，電力電器，無線電通信技術(shù)——電磁學；電磁學從庫侖定律的發(fā)現(xiàn)，以及法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，直到1865年麥克斯韋建立電磁學基本理論，這些都是科學家在實驗室里邊逐漸形成的，這都是理論建立的過程，而這些理論應(yīng)用于實際就發(fā)明了電動機、發(fā)電機等其它電器以及無線電通信技術(shù)，而這些實用技術(shù)的進一步發(fā)展又給電磁學提出來了許多需要解決的實際問題。正是這些問題的逐步解決，使得電磁學更加的完善和在理論上進一步得到了提高。

②量子力學，半導體物理——晶體管超級大規(guī)模集成電路技術(shù)，電子計算機技術(shù)，激光技術(shù)——量子力學，激光物理；量子力學是20世紀初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論，這種理論應(yīng)用于解決晶體的問題就形成了半導體技術(shù)，而半導體技術(shù)的進一步發(fā)展就發(fā)明了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，而超大規(guī)模集成電路的發(fā)明是產(chǎn)生電子計算機的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，而正是由于電子計算機技術(shù)的發(fā)展又向量子力學提出了一些其他更加深刻需要解決的問題，而這些問題的解決就促進了量子力學的進一步發(fā)展和完善。

③狹義相對論，質(zhì)能關(guān)系E=mc2， E=mc2——原子彈及核能的利用——核物理，粒子物理，高能物理；狹義相對論是20世紀初期愛因斯坦建立的一種理論，他是為了解決電磁學等其他物理學科上的一些經(jīng)典物理當中理論上的一些不協(xié)調(diào)和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論，這種理論當中有一個很重要的理論結(jié)果，那就是質(zhì)能關(guān)系E=mc2，E=mc2。而這種質(zhì)能關(guān)系被我們稱為打開核能寶庫的鑰匙，這一理論結(jié)果的應(yīng)用直接導致了或者指導了核能的應(yīng)用，而對于核能的進一步應(yīng)用又提出了許多新的問題，而這些新問題的進一步解決使得理論更加完善而得到進一步提高，從而形成像核物理，粒子物理，以及高能物理等等，那么實際技術(shù)上問題的解決又進一步促進了物理學的發(fā)展。

3 結(jié)語

應(yīng)該說物理和技術(shù)有著密切的聯(lián)系，物理原理及理論的初創(chuàng)式開發(fā)和應(yīng)用都形成了當時的高新技術(shù)，物理學仍然是當代高新技術(shù)的主要源泉。所有新技術(shù)的產(chǎn)生都在物理學中經(jīng)歷了長期醞釀。例如：1909年盧瑟福的粒子散射實驗——40年后的核能利用；1917年愛因斯坦的受激發(fā)射理論——1960年第一臺激光器的誕生等，整個信息技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展，其硬件部分都是以物理學為基礎(chǔ)的。

參考文獻：

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